JP4515688B2

JP4515688B2 - 2-stroke internal combustion engine

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Publication number: JP4515688B2
Application number: JP2001578797A
Authority: JP
Inventors: アンデルソン，ラルス; ベルグマン，ミカエル
Original assignee: フスクバルナアクティエボラーグ
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: CN100386511C; DE60025354T2; CN1452688A; EP1282763A1; DE60025354D1; AU2000254332A1; JP2003531995A; US6718917B2; US20030029398A1; EP1282763B1; WO2001081739A1

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、クランク室掃気型２ストローク内燃機関に関する。この機関は、少なくとも１つのシリンダーと、シリンダーの排気ポートの近くに配置された掃気ポートを有する少なくとも２つの掃気ダクトの上方部分及び空気入口の間に配置された１つの空気通路とを有する。少なくとも１つの吸気方向掃気ポートは、シリンダーの入口ポートの近くに配置され、少なくとも１つの掃気ダクト又はその類似物によって送気される。空気通路及び掃気ダクトは、掃気ダクトが多くの空気を送気され保持することができるように構成されるため、掃気ダクトは、以降の掃気プロセスの間は実質的に空気以外は掃気しない。従って、外気が排ガスポートの最も近くに配置された掃気ダクト内に入り、また外気は、入口ポートのより近くに供給された混合気のための排ガスポートに対するバッファとして作用する。それにより、燃料消費量及び排ガス量は低減される。この機関の主たる用途は、携帯型作業工具である。
【０００２】
発明の背景
排気ダクトに付加的な空気を有する内燃機関は、既知である。これらの機関は、燃料消費量及び排気量を低減するが、空気及び燃料の比を制御することが難しい。さらに、排気量の大幅な低減は困難である。
【０００３】
最近発行されたＳＡＥレポート２０００−０１−９０００号において、冒頭に記載したような構成の機関が説明されている。リード弁と呼ばれる逆止弁を経由して、排気ポートに近接配置された２つの掃気ダクトに、掃気プロセス全体にとって十分な量の空気が送られる。入口側の近くに配置された複数のポートを有する１つ又は複数の掃気ダクトは、他のポートが空気を掃気すると同時に、代わりに混合気を掃気する。この掃気は、並行して（すなわち同時に）行われ、掃気プロセス全体にわたって続行される。この原理は、その空間における層状の掃気として説明されている。一般的な２ストローク機関に比べ、燃料消費量及び排気量は大幅に低減されるであろう。しかし、クランク角度が４０〜５０°である掃気プロセスの終わりにおいて、排ガスポートが閉じる前に、排ガスポートを通じて混合気が失われることが同時に注目される。この損失は明らかに望ましくない。さらに、逆止弁は、排ガスポートの近くに既知の方法で配置された掃気ダクトに送気するために使用される。逆止弁の流量を制限することは、空気の充填を複雑にする。通常はリード弁と呼ばれるこの種の逆止弁は、他の多数の欠点を有する。それらの逆止弁は共振振動する傾向があり、多くの２ストローク機関が到達する高速の回転速度に対処することが困難である。その上、コストや機関の構成要素数の増加につながる。
【０００４】
国際特許出願ＷＯ９８／５７０５３号には、ピストンのＬ字形又はＴ字形の凹部を経由して空気を掃気ダクトに供給する機関のいくつかの異なる実施形態が開示されている。従って逆止弁は使われていない。空気は、全ての掃気ダクトに送られて、下方の混合気のバッファとして作用する。故に掃気は、上述の機関とは対照的に、空間的にではなく時間的に層状の掃気となる。全ての実施形態において、各々の掃気ダクトに面するピストンの凹部は非常に限られた高さを有し、この高さは実際の掃気ダクトの高さに実質的に等しい。この実施形態においては、クランク室へ至る混合気の通路がピストンによって開くときよりも、ピストンを通って掃気ポートに至る空気の送達のための通路が開くときの方がかなり遅い。故に空気の供給時間は、混合気の供給時間より有意に短くなる。この時間は、クランク角として計算可能である。このことにより、機関の空気及び燃料の全体比率の制御が複雑となる場合がある。このことはまた、各々の掃気ダクトに供給される空気の量が相当に低減されることを意味する。その理由は、空気供給が開始されたとき、入口ポートはある時間既に開いているために、この供給を推進する圧力が相当に減ぜられるからである。このことは、空気供給のための時間が短く、また推進圧力も低いことを意味する。さらに、上述のＬ字形及びＴ字形ダクトの流れ抵抗は比較的大きい。その理由としては、掃気ポート近くのダクトの断面積が小さいことと、Ｌ字形又はＴ字形に形成されたシャープな曲がり部があることとが挙げられる。空気が掃気ポート内を通過すると、その空気はシリンダーの横方向から急に方向転換させられて、外側へ向かい次に下方に向かう（すなわち２つの９０°のカーブを有する）掃気ダクトに従って迅速かつ連続的に流れる。このことは、機関の掃気ダクトがシリンダーの径方向に延びていることによる。このことにより、流れ抵抗が大きくなって掃気ダクトに供給可能な空気量が減ぜられ、この装置を用いて燃料消費量及び排気量を低減する可能性が低くなる。
【０００５】
発明の目的
本発明の目的は、先に概説した問題を大幅に軽減して、多くの点で長所を得ることである。
【０００６】
発明の概要
上述の目的は、特許請求の範囲に示された特徴を有する、本発明に係る２ストロークの内燃機関において達成される。
【０００７】
本発明に係る内燃機関においては、空気通路は、少なくとも１つの機関パラメーター（例えばキャブレター絞り制御）により制御される絞り弁を備えた空気入口から構成される。１つ又は複数の吸気方向掃気ポートは、排気方向掃気ポートが空気の掃気を開始するよりも遅く、混合気の掃気を開始するように構成されている。
【０００８】
吸気方向掃気ポートによる混合気の掃気の開始が、排気方向掃気ポートによる空気の掃気の開始よりも遅いときは、混合気が排気ポートに至るための時間はより短くなる。それにより、排気ポートを通る混合気の損失が低減可能となる。このことは、掃気プロセスが始まる前に吸気方向掃気ポートを有する掃気ダクトが空気又は排ガスによって部分的に満たされている場合に有効である。このガスが先に掃気されることにより、混合気の掃気が遅れる。さらに、吸気方向掃気ポートはまた、各々の上方エッジが他の掃気ポートの対応するエッジよりも軸方向についてより低く配置されるように構成可能である。
【０００９】
機関のシリンダー壁にある少なくとも１つの接続ポートは、上死点におけるピストン位置に関して、ピストンに形成された流路に連通するように構成されている。またその接続ポートは、掃気ダクトの上方部分への外気の供給が逆止弁なしで完全に行うことができるように構成されている。このことが実行可能であるのは、上死点又はその近傍の位置において掃気ダクト内が大気よりも加圧されているからである。その結果、ピストンが有する空気通路は、いかなる逆止弁も使用せずに構成可能であり、これは大きな長所である。空気供給時間が非常に長いためにかなりの量の空気が供給可能であるので、十分に満足な排気量減少率が達成できる。制御は空気入口の絞り弁によって行われ、絞り弁は少なくとも１つの機関パラメーターにより制御される。このような制御構成は、可変式入口よりも相当に簡単である。空気入口は２つの接続ポートを有することが好ましい。ある実施形態においては、それらの接続ポートは下死点においてピストンに覆われるように配置される。絞り弁は、機関の絞り速度若しくは回転速度のみによって、又はそれらと他の機関パラメーターとを組み合わせたパラメーターによって制御可能であることが好ましい。これら及び他の特徴及び長所は、添付図面を参照しながら、種々の実施形態に関する以下の詳細な説明によって明らかにされるであろう。
【００１０】
本発明は、添付図面を参照しながら、種々の実施形態によって以下に詳細に説明される。機関に対称的に配置される部分については、一方の側においてはある参照符号にて表し、それと反対の側においては同じ参照符号に「′」を付して表すものとする。図面において「′」付きの参照符号で表される部分は、紙面に関して上方に位置する部分であって、故に見えない部分である。
【００１１】
実施形態の説明
図１において、参照符号１は本発明に係る内燃機関を示す。この機関は２ストローク式であり、掃気ダクト３、３′を有する。後者は、紙面に関して上方に位置するために見えなくなっている。機関は、シリンダー１５、クランク室１６、接続ロッド１７を有するピストン１３、及びクランク機構１８を具備する。さらに機関は、入口ポート３３を有する入口ダクト２２、及びその入口ダクトに接続される中間部分２４を有し、中間部分２４は、スロットル弁２６を有するキャブレター２５に接続される。燃料３７はキャブレターにより供給される。通常は、キャブレターはフィルター付きの入口マフラーに接続される。これらは明瞭性のために図示されていない。機関のマフラー及び排気ポートも同様である。これらは全て一般的なものである。移送ダクト３、３′は、シリンダーの排気ポート１９の近くの機関のシリンダー壁１２に、排気方向ポート９、９′を有する。機関は、点火プラグ（図示せず）を備えた燃焼チャンバー３２を有する。これは全て一般的なものであるので、以降は詳細に説明しない。
【００１２】
特殊であるのは、絞り弁４を備えた空気入口２が、外気をシリンダーに供給できるように構成されていることである。空気入口２は、シリンダーに至る接続ダクト６を有し、接続ダクト６は外部接続ポート７を有する。これより、接続ポートはシリンダーの内側に接続するポートを意味するものとし、一方、シリンダーの外側に接続するポートは外部接続ポートと呼ぶ。空気入口２は、清浄な外気を取り込めるように、フィルター付きの入口マフラーに適切に接続される。必要性に乏しければ、無論これは不要である。入口マフラーは、明瞭性のために図示されていない。
【００１３】
接続ダクト６は、外部接続ポート７に接続される。これは１つの長所である。このポートにおいて、又はこのポート以降において、ダクトは２つのブランチ１１、１１′に分割され、ブランチはそれぞれ接続ポート８、８′に至る。これらは対称的に配置され、「′」付きの部分は、上述のように紙面に対して上方に位置する。従って外部接続ポート７は、入口ダクト２２の下方に配置される。このことにより、空気の温度をより低くして携帯型作業工具のためのよりよい作業空間を提供するような、多くの長所が得られる。
【００１４】
しかしながら、外部接続ポート７は入口ダクト２２の上方に配置することも可能であり、その場合外部接続ポート７の方向はより水平に近くなる。これらがいかなる配置であっても、２つの外部接続ポート７、７′が使用できる。外部接続ポート７、７′はまた、入口ダクト２２の側部の各々に配置可能である。従って空気入口は、少なくとも１つの接続ポート６、６′を経由して、少なくとも１つの接続ポート８、８′まで延びる。
【００１５】
上死点におけるピストン位置に関して、排気方向掃気ポート９、９′を有する複数の移送ダクト３、３′の上方部分に接続ポート８、８′がそれぞれ連通するように、流路１０、１０′がピストンに形成される。流路１０、１０′は、局部的な凹部によってピストンに形成される。ピストンは、通常はこれらの局部的凹部を備えるように鋳型により簡単に製造される。
【００１６】
この流路はまた、吸気方向掃気ポート１４、１４′を有する掃気ダクト５、５′を、各接続ポート８、８′にそれぞれ連通させる。図面には、掃気プロセスが始まる前に異なる掃気ダクトがどのように満たされるかが概略的に示されている。クランク室内に存する混合気は、参照符号２９で示されている。混合気２９は、掃気ダクト５の約半分まで満たされていることが確認される。混合物２９の上方には、空気入口２から送られた空気がある。一方、掃気ダクト３は全体が空気で満たされている。この目的は、掃気プロセス中は、排気方向掃気ポート９及びそれに対応する９′からは空気のみが供給されるようにすることである。この空気は、排気ポート１９に対するバッファとして作用する。一方、吸気方向掃気ポート１４、１４′からは、まず空気が供給されて次に混合気２９が供給される。これにより混合気の導入が遅れ、掃気の損失が低減される。図面から明らかなように、吸気方向掃気ポート１４、１４′の上方エッジは、他の掃気ポート９、９′の対応する上方エッジよりも、軸方向についてより低い位置、すなわちクランク室のより近くに配置される。このことにより、吸気方向掃気ポートにおける掃気プロセスが遅れる。この場合には空気の掃気も遅れ、次にその空気の掃気の遅れにより混合気２９の掃気が遅れる。この現象の発生を決定付ける要因は、一方では排気方向掃気ポート、他方では排気ポートに関して、吸気方向掃気ポートの上方エッジをいかなる高さに配置するかということである。下降中のピストンが排気ポートを開口させ始めると、ピストン上方の燃焼チャンバー内の圧力が急激に下がり、同時にピストン下方のクランク室１６内の圧力が徐々に上昇する。ピストンが排気方向掃気ポート９、９′を開口させ始めると、各ポートを通る流れが生じ、燃焼チャンバー及びクランク室の間の圧力差が低減される。ピストンは下方へ急速に移動するため、多くの場合、ポート内への排ガスの僅かな流入が一般にまず生じ、続いて排ガス及び空気がポートを通って流出する。吸気方向掃気ポートの上方エッジを、排気方向掃気ポートの上方エッジよりもかなり低く配置することにより、吸気方向掃気ポートがピストンにより開口する前に、排気方向掃気ポートを通る掃気が開始される。吸気方向掃気ポート１４、１４′をそれぞれ有する掃気ダクト５、５′の各々には、ある量の空気が送られるが、その空気の量は、以降の掃気プロセス中に、排気方向掃気ダクト３、３′内の空気よりも早くなくなるような量の空気である。このことは重要である。これにより、吸気方向掃気ポート１４、１４′を有する掃気ダクト５、５′の各々は、掃気プロセス中に、混合気の掃気を開始する。このことは燃焼チャンバーに燃料を送るために必要である。燃焼チャンバーに到達する混合気がどのくらいの量かを定める要因は、１つは（上述したように）いつ掃気を開始するかであり、もう１つは吸気方向掃気ダクト５、５′の各々の上部に供給される空気の量がどのくらいかである。後者は、入口２から、排気方向掃気ポート９、９′内及び吸気方向掃気ポート１４、１４′内を通る流れの状態により定まる。排気方向掃気ポート９、９′に供給される空気量の方がはるかに多いであろうことから、この空気の流入が優先される。このことは、ピストンが上死点に向けて移動しているときに、吸気方向掃気ポートの各々が後に空気入口２に接続されることに一部起因する。このことは、ピストンが上死点に位置したときに、流路１０、１０′（又はピストンの凹部１０、１０′）の上方エッジと吸気方向掃気ポート１４、１４′の各々の下方エッジとの間の軸方向距離が、流路１０、１０′の上方エッジと排気方向掃気ポート９、９′の各々の下方エッジとの間の軸方向距離よりも短くなることにより達成される。排気方向掃気ポート９、９′の各々への空気流入が優先されることはまた、それらのポートが吸気方向掃気ポート１４、１４′よりも大きい面積を有することによっても達成される。このことが達成される主な理由は、ポート９、９′の上方エッジがより高い位置に配置されることである。しかし、下方エッジがより低い位置に配置されてもよい。排気方向掃気ポートが、吸気方向掃気ポートよりも広く形成されてもよいことは明らかである。しかし、各掃気ダクトの流れ抵抗も非常に重要である。従って、排気方向掃気ダクト３、３′内の低い流れ抵抗を優先させることが好ましい。排気方向掃気ダクト３、３′は、対応する掃気ポート９、９′からシリンダーの実質的横方向（すなわちシリンダー壁１２の外周に関して実質的接線方向）に延びることが好ましい。故に流れは、接続ポート８、８′から排気方向掃気ポート９、９′までシリンダーの横方向に流れるように発生し、さらに各掃気ダクト３、３′の始点において同じ基礎的横方向に流れる。これらのダクトは、シリンダーの排気側に向けて横方向に延び、そこで緩やかに下方に曲げられてクランク室に向かい、クランク室ポート２０においてクランク室に接続される。各掃気ダクト３、３′のこのような配置は、２０００年１月１４日出願のＰＣＴ／ＳＥ００／０００５８号に明示されている。対応する吸気方向掃気ダクトもまた、同様に配置可能であることは明らかである。しかし、吸気方向掃気ダクト５、５′は、多くの空気を保持する必要が全くなく、より大きい流れ抵抗を有することが好ましいことから、下方のクランク室に向けて最も簡単な経路にて延びることが好ましい。図１は、クランク室ポート２１、２１′を備えた閉じた掃気ダクト５、５′がそのような簡単な経路にて延びた状態を示している。しかしこのダクトは、シリンダーに向けてその全長にわたって開口させることにより、さらに簡単に作製することもできる。よってダクトは、シリンダー壁の軸方向の溝として形成されることが好ましく、シリンダーをダイキャストで製造するときに直接的に形成可能である。図１に示されるように、ピストンが上死点に位置すると、この溝はその長さの約１／３がピストンにより閉じられる。これにより、空気はこの１／３の部分に充満するのみである。ピストンが上死点を過ぎて下方に移動して溝を覆う部分が大きくなると、この空気が流れる。このことは、吸気方向の閉じた掃気ダクトに比べて制限的であるが、長所も有する。なぜなら、ある機関運転状態において、ピストンの底側から空気をリークさせることができるため、機関運転状態が変化しても空気量の変化がより小さくなるからである。
【００１７】
掃気ダクトへの空気の供給は、逆止弁を具備するとともに空気入口２から掃気ダクト３、３′、５、５′の上方部分まで配置された少なくとも１つのダクトによっても行うことができる。シリンダーの排気ポート１９の近くの掃気ダクトに関連付けられた逆止弁とは異なる特徴を有する逆止弁を、掃気ダクトに関連付けるとともに吸気方向掃気ポート１４に取り付けることにより、吸気方向掃気ポートを備える掃気ダクトに供給する空気量をより少なくすることができる。このことは、この方法によっても既述の結果が得られることを意味する。掃気ダクト５に関連付けられる逆止弁は、掃気ダクト３に関連付けられる逆止弁よりも開き難く作製されることが好ましい。これにより、掃気ダクト５に関連付けられる逆止弁は、より遅く開いてより早く閉じることになるため、流量が制限される。
【００１８】
図２に示す実施形態においては、実際のピストンの凹部１０の側方に掃気ダクト２８が配置される。このダクトは、開口した掃気ダクト、すなわちシリンダー面１２における軸方向の溝として形成される。ピストンの上部は、下死点において接続ポート８、８′の上方エッジと概ね同一高さに位置する。この高さより上方にある開口した掃気ダクト２８の一部は、掃気ポート２７として作用する。この場合は、対称的に配置された２つの掃気ダクト２８、２８′が使用される。図１におけるポート１４を備えた掃気ダクト５は、排気ポート１９に関して、より好ましい配置となっていることに注目されたい。すなわち掃気ダクト５は、図２の掃気ポート２７よりも排気ポートから離れる方向に向かう。掃気ダクト２８が実際のピストンの凹部１０の側方に配置される場合であっても、ピストンが上死点付近に位置するときに、凹部１０から掃気ダクト２８に空気を供給できる。図には、他の２つの空気供給方法が示されており、ピストンが下死点に向けて下方に移動しているときに掃気ダクト２８内に排ガスを供給できる方法もまた図示されている。図示されたそれら３つの解決方法は、単独で利用可能であるが、２つ又は３つに組み合わせても利用可能である。
【００１９】
掃気ポート２７は、その上部に突出部分３５を備える。突出部分３５は、ピストンが上死点の近くに位置するときにピストンの凹部１０に連通する。これにより、接続ポート８から、凹部１０及び突出部分３５を経由して、掃気ダクト２８の上方部分まで空気が流れることができる。突出部分３５の幅を適切な寸法にすることにより、適量の空気がダクト２８に流れ、ピストン１３の底部まで空気でほぼ満たされる。空気を掃気ダクト２８内に供給する他の方法は、凹部１０の突出部分３４により示される。図示されるように、ピストンが上死点並びにその直前及び直後にあるときは、突出部分３４からは空気が供給されない。突出部分３４は、その全体が明瞭性のために掃気ポート２７の上方に図示されているが、より下方に位置することができることは明らかである。しかし、凹部１０の上方エッジが接続ポート８の底部に接すると、突出部分３４は、掃気ダクト２８への空気供給を開始して、ダクトの上方に至るまで空気の供給を続ける。従って突出部分３４は、突出部分３５と同様の方法で、ダクト２８の上方部分に空気を供給する。図２においては、掃気ポート２７の上方エッジは、排気方向掃気ポート９の上方エッジよりも高く延びている。このことは、ピストンが、掃気ダクト３を開く前に掃気ダクト２８を開くことを意味する。これにより掃気ダクト２８は、掃気ダクト３が感知するよりも、高圧かつ大きい下降流の排ガスを感知する。掃気ダクト２８の上方エッジは、望ましい量の排ガスが掃気ダクト２８内を下降するような軸方向高さに配置されることが好ましい。この量の排ガスのみによって、掃気ダクト２８を通る混合気の掃気について望ましい遅れを確保できるような調節を行うことができる。しかし、この量の排ガスによって、突出部分３５及び３４の少なくとも一方を経由して空気をより早く供給完了できるような調節を行うこともできる。排ガスは、ピストンがその上死点よりも実質的に低位置にあるときに供給されるため、開口した掃気ダクトは、排ガスによって、空気のみによる場合よりもさらに下方まで満たされる。ピストンの底部は、排ガスが供給されるときはより下方に位置するからである。
【００２０】
図３は、図１と類似して、掃気ポート２７を有するとともに掃気ポート９に近接する好適なピストンを具備する実施形態を示す。しかし、この実施形態は全く異なる方法で操作される。掃気ダクト２８、２８′を備える少なくとも１つの吸気方向掃気ポート２７、２７′は、窪み２７、２８、２７′、２８′の形状にてシリンダー壁に形成される。掃気プロセスにおいては、この窪みはピストンの開口部３０、３０′と協働するため、掃気ガスはその開口部及び窪みを通ってピストンを通過する。ピストンがその上死点に位置するときは、下方突出部分３６を除く窪み全体がピストンにより覆われる。この下方突出部分３６によって、ピストンがその上死点に接近したときに、適量かつ少量の混合気及び空気が排出可能となる。下方突出部分３６が使用されない場合は、この混合気は残存するか、又は通過する空気流によって排気方向掃気ダクト３内に運ばれる。このことは、ピストンが上死点の近くにあるときは、窪みは可能な限り多くの空気によって満たされるであろうことを意味する。しかし、これは非常に少量の空気である。全空気の主な部分は、排気ポート近くの掃気ダクト３、３′を満たす。掃気プロセスにおいては、ピストンは、ピストンの上方エッジが接続ポート８の上方エッジと概ね同一高さになるように配置される。それにより開口部３０は、掃気ダクトの一部である窪み２８と連通し、一方、窪みの上部は掃気ポート２７として作用する。掃気ポート２７の上方エッジは、掃気ポート９の上方エッジよりもかなり低く配置されることに注目されたい。このことは、掃気プロセスが遅れることを意味し、そして少量の空気が流れ始め、続いて混合気が流れることを意味する。
【００２１】
図４は、窪み２７、２８が接続ポート８から空気を供給されないような実施形態を示す。従って窪みは、ピストンが掃気ポート２７を開き始めたときに、混合気を直接掃気し始める。窪み２７、２８の上方エッジを特に低く配置することにより、非常に短時間かつ遅れた掃気を行うことができる。このために、ピストンの上方エッジを可能な限り部分的に面取りすることができる。しかしその掃気は、ピストンが掃気ポート９を開き始めるよりも遅れることに注目されたい。図２及び図３に示されるように、窪み２７、２８、２７′、２８′には、突出部分３４、３５、３６により空気を供給できる。窪みの上方エッジは、図２に示されるように、窪みを排ガスで満たすように形成することもできる。
【００２２】
図５においては、ただ１つの窪み２７、２８が入口ポートの真上に配置されて使用される。ピストンが既述の下死点の位置に下降すると、流れがどのように開口部３０を通り、窪み２７、２８を通ってピストンを通過するかが明確になる。この実施形態の長所は、必要な窪みが１つだけであることであるが、この窪みが排気ポート１９の反対側にあることが欠点である。このため排ガスが、他の実施例（特に図１及び図３）の場合よりも早く排気ポートに進入するリスクがある。窪み２７、２８は、外部からシリンダー内に挿入される挿入部品として形成可能であり、故にダイキャストによって製造可能であるので、結果としてシリンダーがより安価になる。このことは、図３及び図４に係る実施例に対しても有効である。
【００２３】
通常、接続ポート８、８′は、ピストンが下死点にあるときに接続ポート８、８′を覆うように、シリンダーの軸方向に配置される。これにより排ガスは、接続ポート内に進入して空気フィルターを通ることができない。しかし接続ポート８、８′はまた、ピストンがその下死点にあるときに、接続ポート８、８′がある程度開口するような高さに配置可能でもある。そしてこのことは、望ましい量の排ガスが接続ダクト６内に供給されるようになっている。その高さに配置された接続ポートはまた、接続ポートから掃気ポート９に切り替わる空気の流れ抵抗を低減できる。
【００２４】
優先的に接続ポート８、８′から排気方向掃気ポート９、９′に空気を供給する時間は、非常に重要であるとともに、ピストンが有する流路（すなわちピストンの凹部１０、１０′）によって広範囲に定められる。
【００２５】
凹部１０、１０′の上方エッジは、ピストンが下死点から上方に移動しているときに、ピストンの下方エッジが入口ポートの下方エッジに至るときと同時又はそれより早く、それぞれの排気方向掃気ポート９、９′の下方エッジに至るような高さに配置される。これにより、入口が開くときと同時又はそれより早く、接続ポート８、８′及び掃気ポート９、９′の間が空気連通する。ピストンが上死点を通過して再び下降すると、その空気連通は、入口が閉じるときと同時又はそれより遅く閉じられる。これにより、その空気供給時間は、入口からの供給時間に等しいかそれより長い。この時間は、クランク角として計算可能である。このことは、流れ抵抗を低減する。多くの場合において、入口からの供給時間及び空気供給時間は実質的に等しいことが望ましい。空気供給時間は、入口からの供給時間の９０〜１１０％であることが好ましい。なぜなら、これらの時間は、クランク室内の圧力が十分に低く、最大限の流入が可能であるような最大時間により制限されるからである。それらの時間は、最大化されて等しい長さとなることが好ましい。凹部１０、１０′の上方エッジの位置により、凹部が各掃気ポート９、９′とそれぞれどの程度早く面するかが定められる。従って、排気方向掃気ポート９、９′の各々と部分的に面するピストンの凹部１０、１０′の軸方向高さは、それぞれの掃気ポートの高さの１．５倍よりも大きいが、２倍よりも大きいことが好ましい。このことにより、ポートは標準的な高さを有し、ピストンが下死点に位置したときは、ピストンの上部が掃気ポートの下側と同じ高さ又は１〜２ｍｍはみ出た状態になる。
【００２６】
凹部は、凹部１０、１０′及び接続ポート８、８′の間の連通が最大となるように、下方に形成されることが好ましい。流れ抵抗を低減するからである。このことは、図１に示されるように、ピストンが上死点に位置するときは、凹部１０、１０′は、接続ポート８、８′を全く覆わないような下方に至ることを意味する。全体として、このことは次のことを意味する。接続ポート８、８′の各々と部分的に面するピストンの凹部１０、１０′の軸方向高さは、それぞれの接続ポートの高さの１．５倍よりも大きいが、接続ポートの高さの２倍よりも大きいことが好ましい。
【００２７】
図１に示されるように、接続ポート８、８′が横方向すなわちシリンダーの接線方向に移動した場合は、接続ポート８、８′及び排気方向掃気ポート９、９′の軸方向における相対的位置は相当に変化し得る。図１は、接続ポート及び掃気ポート９、９′が軸方向に重なり合った状態（すなわち各接続ポートの上方エッジの各々が、各掃気ポートの下方エッジの各々に対してシリンダー軸方向に同一又は高く配置された状態）を示している。この長所の１つは、２つのポートがこのような配置に互いによりよく整合されることにより、空気が接続ポートから掃気ポートに流れるときの流れ抵抗が減ぜられることである。故により多くの空気が流れることができ、それによりこの配置の有利な効果（すなわち燃料消費量及び排気量の低減）が増進される。多くの２ストローク機関においては、ピストンが下死点にあるときは、ピストンの上部は排気口の下方エッジ及び掃気ポートの下方エッジと同じ高さになる。しかし、ピストンが掃気ポートの下方エッジより１〜２ｍｍ上方に延びることも極一般的なことである。掃気ポートの下方エッジがさらに下方に配置されると、接続ポート及び掃気ポートの間の軸方向の重なりは一層大きくなる。空気が掃気ダクトに供給されると、流れ抵抗が減ぜられる。このことは、両ポートの高さが互いに、より等しくなることと、掃気ポートの表面積がより大きくなることとに起因する。
【００２８】
上述のことは、シリンダー及びピストンの間の流れの切り替わりにおける流れ抵抗を下げるために、空気供給を長時間行うことの重要性を指摘している。さらに、接続ポートが各掃気ポートの下方エッジの各々に対してシリンダー軸方向に同一又は高く配置されることは、長所である。このことにより、接続ポート及び掃気ポートは、互いに関してシリンダー壁の外周に沿って横方向に移動する。これにより、ポート８からピストンを経由してポート９へ至る流れは、シリンダーの横方向に関して僅かに上向きの方向に変えられる。ポート８がポート９の真下に位置した場合は、流れは直上方向になる。この結果、流れはまず上方に向かい、次に掃気ポートに到達した後に水平方向に向きを変える（すなわち２つの急な方向変換を続けて行う）。ポートが横方向に移動することにより、小さな方向変換を伴う僅かに上向きの流れを生じさせることができる。上述のように、このことは、排気方向掃気ダクト３、３′がシリンダーの実質的横方向に配置された場合に大きな長所となる。この結果、ポート８からポート９に至る僅かに上向きの流れは、僅かに方向を変え、次に真横方向に流れて移送ダクト内に至る。移送ダクトは、開口部２０においてクランク室に接続されるように、シリンダー壁において緩やかな方向変換がなされる場所と同じ高さになるまで、シリンダーの横方向に延びることが好ましい。接続ポート８、８′の各々にそれぞれ至るブランチ１１、１１′は、シリンダーの横方向に向かうように、又はその方向から僅かに上向きになるように構成される。これにより、シリンダー及びピストンを通る有利な流れ方向が示される。図示された実施形態においては、各ブランチは外部接続ポート７から始まって下方から斜めに延びる。よってブランチは、まず外部接続ポートを過ぎてから上方に向きを変え、次に上方に延び、そして横方向に向きを変えてシリンダー壁１２の接続ポート８、８′に至る。従ってシリンダーからピストンに至る流れにおいては、流れはまず僅かに上方に向かい、次にその流れは真横方向に僅かに向きを変えて移送ダクトに至ることが好ましい。これは自然な配置である。なぜなら、接続ポート８は掃気ポート９よりも低位置に配置されねばならないからである。しかし、１つ又は２つの外部接続ポートを入口２２〜２５の上方に配置することもできる。その場合は、外部接続ポートは、図示された状態よりもシリンダーの横方向に向かうことが好ましい。この場合、各ブランチ１１、１１′がシリンダーの実質的横方向を向いて各接続ポート８、８′に至るように、外部接続ポートを配置することができる。
【００２９】
上記のことから、外部接続ポート７から接続ポート８及び掃気ポート９、さらに掃気ダクト３内に至る好ましい流れを達成できると推測される。掃気ポート９に至る掃気ダクト３がシリンダーに関して実質的接線方向に延びることと、それと同じことが接続ポート８から始まるブランチ１１の第１部分にも大いに有効であることとは、明らかである。それにより、空気がブランチ１１からピストンの凹部１０を通って掃気ダクト３内に至るときに、流れ方向の僅かな変化が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る機関の側面図であって、上死点におけるシリンダーがピストンの一部とともに断面で表され、掃気ダクトが空気によって完全に又は部分的に満たされた状態の図である。
【図２】図１よりも詳細な拡大図であって、開口した掃気ダクトを有する本発明の第２の実施形態に関する図である。
【図３】吸気方向掃気ダクトを有するとともにシリンダー壁の凹部がピストンの凹部と協働するように構成された本発明の第３の実施形態に関する、図１よりも詳細な拡大図であって、掃気ダクトが空気で満たされた状態の図である。
【図４】図１よりも詳細な拡大図であって、図３と同じ種類の掃気ダクトであるが空気を供給されていない状態の掃気ダクトの図である。
【図５】図１よりも詳細な拡大図であって、単独で使用されるために機関の入口ポートの真上に配置されるような種類の掃気ダクトの図である。[0001]
Technical field
The present invention relates to a crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine. The engine has at least one cylinder and an air passage disposed between an upper portion of at least two scavenging ducts and an air inlet having a scavenging port disposed near the exhaust port of the cylinder. At least one intake direction scavenging port is located near the inlet port of the cylinder and is delivered by at least one scavenging duct or the like. Since the air passage and the scavenging duct are configured such that the scavenging duct can pump and hold more air, the scavenging duct substantially does not scavenge other than air during the subsequent scavenging process. Thus, outside air enters a scavenging duct located closest to the exhaust port, and the outside air acts as a buffer for the exhaust port for the mixture supplied closer to the inlet port. Thereby, the fuel consumption amount and the exhaust gas amount are reduced. The main application of this engine is a portable work tool.
[0002]
Background of the Invention
Internal combustion engines with additional air in the exhaust duct are known. These engines reduce fuel consumption and emissions, but it is difficult to control the ratio of air and fuel. Furthermore, it is difficult to significantly reduce the displacement.
[0003]
In a recently issued SAE report 2000-01-9000, an organization configured as described at the beginning is described. A sufficient amount of air for the entire scavenging process is sent to two scavenging ducts located close to the exhaust port via a check valve called a reed valve. One or more scavenging ducts having a plurality of ports located near the inlet side, alternatively, scavenge the air-fuel mixture as the other ports scavenge air. This scavenging takes place in parallel (ie simultaneously) and continues throughout the scavenging process. This principle is described as a layered scavenging in that space. Compared to a typical two-stroke engine, fuel consumption and displacement will be greatly reduced. However, it is simultaneously noted that at the end of the scavenging process where the crank angle is 40-50 °, the mixture is lost through the exhaust port before the exhaust port is closed. This loss is clearly undesirable. In addition, the check valve is used to send air to a scavenging duct located in a known manner near the exhaust gas port. Limiting the flow of the check valve complicates air filling. This type of check valve, commonly referred to as a reed valve, has a number of other disadvantages. These check valves tend to resonate and are difficult to cope with the high rotational speed reached by many two-stroke engines. In addition, it leads to an increase in costs and the number of institutional components.
[0004]
International patent application WO 98/57053 discloses several different embodiments of an engine for supplying air to the scavenging duct via an L-shaped or T-shaped recess in the piston. Therefore, a check valve is not used. Air is sent to all scavenging ducts to act as a buffer for the lower air-fuel mixture. Thus, the scavenging is a stratified scavenging rather than spatially, in contrast to the engine described above. In all embodiments, the piston recess facing each scavenging duct has a very limited height, which is substantially equal to the height of the actual scavenging duct. In this embodiment, it is considerably slower when the passage for the delivery of air through the piston to the scavenging port is opened than when the passage of the mixture to the crank chamber is opened by the piston. Therefore, the air supply time is significantly shorter than the air-fuel supply time. This time can be calculated as a crank angle. This can complicate the control of the overall ratio of engine air and fuel. This also means that the amount of air supplied to each scavenging duct is significantly reduced. The reason is that when the air supply is started, the inlet port is already open for some time and the pressure driving this supply is considerably reduced. This means that the time for supplying air is short and the propulsion pressure is low. Furthermore, the flow resistance of the aforementioned L-shaped and T-shaped ducts is relatively large. The reason is that the cross-sectional area of the duct near the scavenging port is small and that there is a sharp bend formed in an L shape or a T shape. As the air passes through the scavenging port, the air is suddenly redirected from the side of the cylinder and rapidly and continuously according to the scavenging duct going outwards and then downwards (ie with two 90 ° curves). Flowing. This is because the scavenging duct of the engine extends in the radial direction of the cylinder. This increases the flow resistance and reduces the amount of air that can be supplied to the scavenging duct, reducing the likelihood of using this device to reduce fuel consumption and exhaust.
[0005]
Object of the invention
The object of the present invention is to greatly reduce the problems outlined above and to obtain advantages in many respects.
[0006]
Summary of the Invention
The above objective is accomplished in a two-stroke internal combustion engine according to the invention having the features indicated in the claims.
[0007]
In the internal combustion engine according to the present invention, the air passage is constituted by an air inlet provided with a throttle valve controlled by at least one engine parameter (for example, carburetor throttle control). The one or more intake direction scavenging ports are configured to begin scavenging the mixture later than the exhaust direction scavenging port initiates air scavenging.
[0008]
When the start of scavenging of the mixture by the intake direction scavenging port is slower than the start of scavenging of the air by the exhaust direction scavenging port, the time for the mixture to reach the exhaust port becomes shorter. Thereby, the loss of the air-fuel mixture passing through the exhaust port can be reduced. This is useful if the scavenging duct with the intake direction scavenging port is partially filled with air or exhaust before the scavenging process begins. By scavenging this gas first, the scavenging of the air-fuel mixture is delayed. Further, the intake direction scavenging ports can also be configured such that each upper edge is positioned lower in the axial direction than the corresponding edge of the other scavenging port.
[0009]
At least one connection port in the cylinder wall of the engine is configured to communicate with a flow path formed in the piston with respect to the piston position at top dead center. In addition, the connection port is configured such that the supply of outside air to the upper part of the scavenging duct can be performed completely without a check valve. This is feasible because the interior of the scavenging duct is more pressurized than the atmosphere at or near top dead center. As a result, the air passage of the piston can be constructed without using any check valves, which is a great advantage. Since the air supply time is so long that a considerable amount of air can be supplied, a sufficiently satisfactory displacement reduction rate can be achieved. Control is provided by an air inlet throttle valve, which is controlled by at least one engine parameter. Such a control arrangement is considerably simpler than a variable inlet. The air inlet preferably has two connection ports. In some embodiments, the connection ports are arranged to be covered by the piston at bottom dead center. The throttle valve is preferably controllable only by the throttle speed or rotational speed of the engine or by parameters combining them with other engine parameters. These and other features and advantages will become apparent from the following detailed description of various embodiments with reference to the accompanying drawings.
[0010]
The present invention will be described in detail below by means of various embodiments with reference to the accompanying drawings. The parts arranged symmetrically in the engine are represented by a reference symbol on one side and the same reference symbol with “′” on the opposite side. In the drawings, a portion indicated by a reference sign with “′” is a portion located above with respect to the paper surface, and is therefore a portion that cannot be seen.
[0011]
Description of embodiment
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an internal combustion engine according to the present invention. This engine is of a two-stroke type and has scavenging ducts 3, 3 '. The latter is not visible because it is located above the page. The engine includes a cylinder 15, a crank chamber 16, a piston 13 having a connecting rod 17, and a crank mechanism 18. The engine further has an inlet duct 22 having an inlet port 33 and an intermediate part 24 connected to the inlet duct, which is connected to a carburetor 25 having a throttle valve 26. The fuel 37 is supplied by a carburetor. Normally, the carburetor is connected to an inlet muffler with a filter. These are not shown for clarity. The same applies to the muffler and exhaust port of the engine. These are all common. The transfer ducts 3, 3 ′ have exhaust direction ports 9, 9 ′ on the cylinder wall 12 of the engine near the cylinder exhaust port 19. The engine has a combustion chamber 32 with a spark plug (not shown). This is all general and will not be described in detail below.
[0012]
What is special is that the air inlet 2 with the throttle valve 4 is configured to be able to supply outside air to the cylinder. The air inlet 2 has a connection duct 6 leading to the cylinder, and the connection duct 6 has an external connection port 7. Thus, the connection port means a port connected to the inside of the cylinder, while the port connected to the outside of the cylinder is called an external connection port. The air inlet 2 is appropriately connected to an inlet muffler with a filter so that clean outside air can be taken in. Of course, this is unnecessary if it is not necessary. The inlet muffler is not shown for clarity.
[0013]
The connection duct 6 is connected to the external connection port 7. This is one advantage. At this port or after this port, the duct is divided into two branches 11, 11 ', the branches leading to connection ports 8, 8', respectively. These are arranged symmetrically, and the portion with “′” is located above the paper surface as described above. Accordingly, the external connection port 7 is disposed below the inlet duct 22. This provides many advantages, such as lower air temperature and providing a better working space for portable work tools.
[0014]
However, the external connection port 7 can also be arranged above the inlet duct 22, in which case the direction of the external connection port 7 becomes closer to the horizontal. In any arrangement, two external connection ports 7, 7 'can be used. External connection ports 7, 7 ′ can also be arranged on each side of the inlet duct 22. The air inlet thus extends via at least one connection port 6, 6 'to at least one connection port 8, 8'.
[0015]
With respect to the piston position at the top dead center, the flow passages 10, 10 'are connected so that the connection ports 8, 8' communicate with the upper portions of the plurality of transfer ducts 3, 3 'having the exhaust direction scavenging ports 9, 9', respectively. Formed in the piston. The flow passages 10, 10 'are formed in the piston by local recesses. The piston is usually manufactured simply by a mold so as to have these local recesses.
[0016]
This flow path also connects the scavenging ducts 5, 5 'having the intake direction scavenging ports 14, 14' to the respective connection ports 8, 8 '. The drawing schematically shows how different scavenging ducts are filled before the scavenging process begins. The air-fuel mixture present in the crank chamber is indicated by reference numeral 29. It is confirmed that the air-fuel mixture 29 is filled up to about half of the scavenging duct 5. Above the mixture 29 is air sent from the air inlet 2. On the other hand, the entire scavenging duct 3 is filled with air. The purpose of this is to ensure that only air is supplied from the exhaust direction scavenging port 9 and its corresponding 9 'during the scavenging process. This air acts as a buffer for the exhaust port 19. On the other hand, air is first supplied from the intake direction scavenging ports 14 and 14 ', and then the air-fuel mixture 29 is supplied. This delays the introduction of the air-fuel mixture and reduces scavenging loss. As is apparent from the drawing, the upper edge of the intake direction scavenging port 14, 14 'is lower in the axial direction, i.e. closer to the crankcase, than the corresponding upper edge of the other scavenging port 9, 9'. Be placed. This delays the scavenging process at the intake direction scavenging port. In this case, the scavenging of the air is also delayed, and then the scavenging of the air-fuel mixture 29 is delayed due to the delay of the scavenging of the air. The factor that determines the occurrence of this phenomenon is the height at which the upper edge of the intake direction scavenging port is arranged on the one hand with respect to the exhaust direction scavenging port and on the other hand with respect to the exhaust port. When the descending piston begins to open the exhaust port, the pressure in the combustion chamber above the piston drops rapidly, and at the same time, the pressure in the crank chamber 16 below the piston gradually increases. As the piston begins to open the exhaust direction scavenging ports 9, 9 ', a flow through each port occurs, reducing the pressure differential between the combustion chamber and the crank chamber. Because the piston moves rapidly downward, in many cases, a slight inflow of exhaust gas into the port generally occurs first, followed by exhaust gas and air flowing out through the port. By placing the upper edge of the intake direction scavenging port much lower than the upper edge of the exhaust direction scavenging port, scavenging through the exhaust direction scavenging port is initiated before the intake direction scavenging port is opened by the piston. Scavenging with intake direction scavenging ports 14, 14 ', respectivelyductEach of 5, 5 ′ is sent a certain amount of air, which will be exhausted during the subsequent scavenging process.3, 3 'The amount of air is such that it disappears faster than the inside air. This is important. Thereby, each of the scavenging ducts 5, 5 ′ having the intake direction scavenging ports 14, 14 ′ starts scavenging of the air-fuel mixture during the scavenging process. This is necessary to deliver fuel to the combustion chamber. One factor that determines how much of the air-fuel mixture reaches the combustion chamber is when scavenging begins (as described above), and the other is for each of the intake direction scavenging ducts 5, 5 '. How much air is supplied to the top. The latter is determined by the state of the flow from the inlet 2 through the exhaust direction scavenging ports 9, 9 'and the intake direction scavenging ports 14, 14'. Since the amount of air supplied to the exhaust direction scavenging ports 9, 9 'will be much greater, this inflow of air is preferred. This is partly due to the fact that each of the intake direction scavenging ports is later connected to the air inlet 2 when the piston is moving toward top dead center. This means that when the piston is located at top dead center, the upper edge of the flow path 10, 10 '(or piston recess 10, 10') and the lower edge of each of the intake direction scavenging ports 14, 14 '. The axial distance between them is achieved by being shorter than the axial distance between the upper edge of the flow path 10, 10 'and the lower edge of each of the exhaust direction scavenging ports 9, 9'. The preference for air inflow into each of the exhaust direction scavenging ports 9, 9 'is also achieved by the fact that those ports have a larger area than the intake direction scavenging ports 14, 14'. The main reason this is achieved is that the upper edges of the ports 9, 9 'are located higher. However, the lower edge may be arranged at a lower position. Obviously, the exhaust direction scavenging port may be formed wider than the intake direction scavenging port. However, the flow resistance of each scavenging duct is also very important. Therefore, preference is given to low flow resistance in the exhaust direction scavenging ducts 3, 3 '. The exhaust direction scavenging ducts 3, 3 ′ preferably extend from the corresponding scavenging ports 9, 9 ′ in a substantially transverse direction of the cylinder (ie substantially tangential to the outer circumference of the cylinder wall 12). Thus, the flow is generated to flow in the lateral direction of the cylinder from the connection ports 8, 8 'to the exhaust direction scavenging ports 9, 9', and further flows in the same basic lateral direction at the start of each scavenging duct 3, 3 '. These ducts extend in the lateral direction toward the exhaust side of the cylinder, where they are gently bent downward toward the crank chamber and connected to the crank chamber at the crank chamber port 20. Such an arrangement of each scavenging duct 3, 3 'is specified in PCT / SE00 / 00058, filed 14 January 2000. It is clear that the corresponding intake direction scavenging ducts can be arranged as well. However, the intake direction scavenging ducts 5, 5 ′ do not need to hold much air and preferably have a greater flow resistance, so they extend in the simplest path towards the lower crankcase. Is preferred. FIG. 1 shows a closed scavenging duct 5, 5 ′ with crank chamber ports 21, 21 ′ extending in such a simple path. However, this duct can also be made easier by opening it over its entire length towards the cylinder. Thus, the duct is preferably formed as an axial groove in the cylinder wall and can be formed directly when the cylinder is manufactured by die casting. As shown in FIG. 1, when the piston is located at top dead center, the groove is closed by the piston for about 1/3 of its length. As a result, the air only fills this 1/3 portion. This air flows when the piston moves downward past the top dead center and the part covering the groove becomes large. This is more restrictive than a closed scavenging duct in the intake direction, but it also has advantages. This is because, in a certain engine operating state, air can be leaked from the bottom side of the piston, so even if the engine operating state changes, the change in the air amount becomes smaller.
[0017]
The supply of air to the scavenging duct can also be carried out by at least one duct provided with a check valve and arranged from the air inlet 2 to the upper part of the scavenging ducts 3, 3 ', 5, 5'. Scavenging with an intake direction scavenging port by associating a check valve with characteristics different from the check valve associated with the scavenging duct near the cylinder exhaust port 19 and attaching to the intake direction scavenging port 14 The amount of air supplied to the duct can be reduced. This means that the above-mentioned result can be obtained by this method. The check valve associated with the scavenging duct 5 is preferably made less open than the check valve associated with the scavenging duct 3. This limits the flow rate because the check valve associated with the scavenging duct 5 opens more slowly and closes earlier.
[0018]
In the embodiment shown in FIG. 2, a scavenging duct 28 is arranged on the side of the actual recess 10 of the piston. This duct is formed as an open scavenging duct, ie an axial groove in the cylinder surface 12. The upper part of the piston is located approximately at the same height as the upper edge of the connection port 8, 8 'at the bottom dead center. A part of the scavenging duct 28 opened above this height acts as a scavenging port 27. In this case, two scavenging ducts 28, 28 'arranged symmetrically are used. Note that scavenging duct 5 with port 14 in FIG. 1 is in a more preferred arrangement with respect to exhaust port 19. That is, the scavenging duct 5 is directed away from the exhaust port rather than the scavenging port 27 of FIG. Even when the scavenging duct 28 is disposed on the side of the actual piston recess 10, air can be supplied from the recess 10 to the scavenging duct 28 when the piston is positioned near the top dead center. Two other air supply methods are shown in the figure, and the method by which exhaust gas can be supplied into the scavenging duct 28 when the piston moves downward toward the bottom dead center is also illustrated. The three solutions shown can be used alone, but can also be used in combination of two or three.
[0019]
The scavenging port 27 includes a protruding portion 35 at the top thereof. The protruding portion 35 communicates with the recess 10 of the piston when the piston is located near top dead center. Thus, air can flow from the connection port 8 to the upper portion of the scavenging duct 28 via the recess 10 and the protruding portion 35. By setting the width of the protruding portion 35 to an appropriate size, an appropriate amount of air flows into the duct 28 and is almost filled with air to the bottom of the piston 13. Another way of supplying air into the scavenging duct 28 is indicated by the protruding portion 34 of the recess 10. As shown in the drawing, when the piston is at the top dead center and immediately before and after, the air is not supplied from the protruding portion 34. The protruding portion 34 is shown above the scavenging port 27 for the sake of clarity, but it will be apparent that it can be located lower. However, when the upper edge of the recess 10 comes into contact with the bottom of the connection port 8, the protruding portion 34 starts supplying air to the scavenging duct 28 and continues to supply air until reaching the upper portion of the duct. Thus, the protruding portion 34 supplies air to the upper portion of the duct 28 in the same manner as the protruding portion 35. In FIG. 2, the upper edge of the scavenging port 27 is the exhaust direction scavenging.portIt extends higher than the upper edge of 9. This means that the piston opens the scavenging duct 28 before opening the scavenging duct 3. As a result, the scavenging duct 28 senses exhaust gas having a high pressure and a large downward flow than the scavenging duct 3 senses. The upper edge of the scavenging duct 28 is preferably arranged at an axial height such that a desired amount of exhaust gas descends through the scavenging duct 28. Only this amount of exhaust gas can be adjusted to ensure a desired delay in scavenging the mixture through the scavenging duct 28. However, such an amount of exhaust gas can be adjusted so that the supply of air can be completed earlier via at least one of the protruding portions 35 and 34. Since the exhaust gas is supplied when the piston is substantially below its top dead center, the open scavenging duct is filled further down with the exhaust gas than with air alone. This is because the bottom of the piston is positioned further downward when exhaust gas is supplied.
[0020]
FIG. 3, similar to FIG. 1, shows an embodiment with a suitable piston having a scavenging port 27 and proximate to the scavenging port 9. However, this embodiment is operated in a completely different way. At least one intake direction scavenging port 27, 27 'with scavenging ducts 28, 28' is formed in the cylinder wall in the form of recesses 27, 28, 27 ', 28'. In the scavenging process, this depression cooperates with the piston openings 30, 30 'so that the scavenging gas passes through the piston through the openings and depressions. When the piston is located at its top dead center, the entire depression except the downward projecting portion 36 is covered by the piston. Due to the downward projecting portion 36, when the piston approaches its top dead center, an appropriate amount and a small amount of air-fuel mixture and air can be discharged. If the lower projecting part 36 is not used, this mixture remains or is carried into the exhaust direction scavenging duct 3 by the passing air flow. This means that when the piston is near top dead center, the depression will be filled with as much air as possible. However, this is a very small amount of air. The main part of the total air fills the scavenging ducts 3, 3 'near the exhaust port. In the scavenging process, the piston is arranged so that the upper edge of the piston is approximately flush with the upper edge of the connection port 8. Thereby, the opening 30 communicates with a recess 28 that is part of the scavenging duct, while the upper portion of the recess acts as a scavenging port 27. Note that the upper edge of the scavenging port 27 is located much lower than the upper edge of the scavenging port 9. This means that the scavenging process is delayed and a small amount of air begins to flow, followed by the mixture.
[0021]
FIG. 4 shows an embodiment in which the depressions 27, 28 are not supplied with air from the connection port 8. Thus, the depression begins to scavenge the air / fuel mixture directly when the piston begins to open the scavenging port 27. By arranging the upper edges of the depressions 27 and 28 to be particularly low, it is possible to perform scavenging that is very short and delayed. For this purpose, the upper edge of the piston can be chamfered as partly as possible. However, note that the scavenging is delayed before the piston begins to open the scavenging port 9. As shown in FIGS. 2 and 3, the depressions 27, 28, 27 ′, 28 ′ can be supplied with air through the protruding portions 34, 35, 36. The upper edge of the depression can also be formed to fill the depression with exhaust gas, as shown in FIG.
[0022]
In FIG. 5, only one recess 27, 28 is used just above the inlet port. When the piston is lowered to the previously described bottom dead center position, it becomes clear how the flow passes through the opening 30 and through the recesses 27 and 28. The advantage of this embodiment is that only one depression is required, but the disadvantage is that this depression is on the opposite side of the exhaust port 19. Therefore, there is a risk that the exhaust gas enters the exhaust port earlier than in the other embodiments (particularly FIGS. 1 and 3). The depressions 27, 28 can be formed as inserts that are inserted into the cylinder from the outside and can therefore be manufactured by die casting, resulting in a cheaper cylinder. This is also effective for the embodiments according to FIGS.
[0023]
Usually, the connection ports 8, 8 'are arranged in the axial direction of the cylinder so as to cover the connection ports 8, 8' when the piston is at bottom dead center. As a result, the exhaust gas cannot enter the connection port and pass through the air filter. However, the connection ports 8, 8 'can also be arranged at such a height that the connection ports 8, 8' open to some extent when the piston is at its bottom dead center. This means that a desired amount of exhaust gas is supplied into the connection duct 6. The connection port arranged at that height can also reduce the flow resistance of air switching from the connection port to the scavenging port 9.
[0024]
The time for preferentially supplying air from the connection ports 8, 8 'to the exhaust direction scavenging ports 9, 9' is very important and varies widely depending on the flow path of the piston (ie, the piston recesses 10, 10 '). Determined.
[0025]
The upper edges of the recesses 10, 10 'are in the direction of the respective exhaust direction scavenging when the piston is moving upward from bottom dead center at the same time or earlier than when the lower edge of the piston reaches the lower edge of the inlet port. It is arranged at such a height as to reach the lower edge of the ports 9, 9 '. Thereby, air connection is established between the connection ports 8, 8 'and the scavenging ports 9, 9' at the same time or earlier than when the inlet is opened. When the piston passes through top dead center and descends again, its air communication is closed at the same time or later than when the inlet is closed. Thereby, the air supply time is equal to or longer than the supply time from the inlet. This time can be calculated as a crank angle. This reduces the flow resistance. In many cases, it is desirable that the inlet supply time and the air supply time be substantially equal. The air supply time is preferably 90 to 110% of the supply time from the inlet. This is because these times are limited by the maximum time during which the pressure in the crank chamber is sufficiently low and maximum inflow is possible. These times are preferably maximized and of equal length. The position of the upper edge of the recesses 10, 10 'determines how quickly the recesses face each scavenging port 9, 9'. Thus, the axial height of the piston recesses 10, 10 'partially facing each of the exhaust direction scavenging ports 9, 9' is greater than 1.5 times the height of the respective scavenging port, although 2 It is preferable to be larger than twice. As a result, the port has a standard height, and when the piston is located at the bottom dead center, the upper portion of the piston protrudes at the same height as the lower side of the scavenging port or 1 to 2 mm.
[0026]
The recess is preferably formed below so that the communication between the recesses 10, 10 'and the connection ports 8, 8' is maximized. This is because the flow resistance is reduced. This means that, as shown in FIG. 1, when the piston is located at the top dead center, the recesses 10, 10 'go down so as not to cover the connection ports 8, 8' at all. Overall, this means the following: The axial height of the recesses 10, 10 ′ of the piston partially facing each of the connection ports 8, 8 ′ is greater than 1.5 times the height of the respective connection port, but the height of the connection port It is preferable that it is larger than twice.
[0027]
As shown in FIG. 1, when the connection ports 8 and 8 'move in the lateral direction, that is, in the tangential direction of the cylinder, the relative positions in the axial direction of the connection ports 8 and 8' and the exhaust direction scavenging ports 9 and 9 '. Can vary considerably. FIG. 1 shows that the connection ports and scavenging ports 9, 9 'overlap in the axial direction (ie, the upper edge of each connection port is the same or higher in the cylinder axial direction than the lower edge of each scavenging port. The state of being arranged). One advantage of this is that the two ports are better aligned with each other in such an arrangement, thereby reducing the flow resistance when air flows from the connection port to the scavenging port. Therefore, more air can flow, thereby enhancing the advantageous effects of this arrangement (ie, reducing fuel consumption and emissions). In many two-stroke engines, when the piston is at bottom dead center, the top of the piston is flush with the lower edge of the exhaust port and the lower edge of the scavenging port. However, it is also very common for the piston to extend 1-2 mm above the lower edge of the scavenging port. As the lower edge of the scavenging port is positioned further down, the axial overlap between the connection port and the scavenging port is greater. When air is supplied to the scavenging duct, the flow resistance is reduced. This is due to the fact that the heights of both ports are more equal to each other and the surface area of the scavenging port is larger.
[0028]
The above points out the importance of air supply for a long time in order to reduce the flow resistance in the flow switching between the cylinder and the piston. Furthermore, it is an advantage that the connection port is arranged identically or higher in the cylinder axial direction with respect to each lower edge of each scavenging port. This causes the connection port and the scavenging port to move laterally along the circumference of the cylinder wall with respect to each other. Thereby, the flow from the port 8 through the piston to the port 9 is changed in a slightly upward direction with respect to the lateral direction of the cylinder. When the port 8 is located directly below the port 9, the flow is directly above. As a result, the flow is first directed upward and then turned horizontally after reaching the scavenging port (ie, two abrupt changes in direction are performed in succession). The lateral movement of the port can create a slightly upward flow with a small change of direction. As mentioned above, this is a great advantage when the exhaust direction scavenging ducts 3, 3 'are arranged substantially laterally of the cylinder. As a result, the slightly upward flow from port 8 to port 9 changes direction slightly and then flows laterally into the transfer duct. The transfer duct preferably extends in the transverse direction of the cylinder until it is at the same height as the location where the gentle change of direction is made in the cylinder wall, so that it is connected to the crankcase at the opening 20. The branches 11, 11 ′ leading to each of the connection ports 8, 8 ′ are configured to run in the lateral direction of the cylinder or slightly upward from that direction. This indicates an advantageous flow direction through the cylinder and piston. In the illustrated embodiment, each branch starts from the external connection port 7 and extends obliquely from below. Thus, the branch first passes through the external connection port and then turns upwards, then extends upwards and turns laterally to reach the connection ports 8, 8 ′ of the cylinder wall 12. Therefore, in the flow from the cylinder to the piston, the flow should first be slightly upward, and then the flow should be slightly redirected to the transverse duct to the transfer duct. This is a natural arrangement. This is because the connection port 8 must be disposed at a lower position than the scavenging port 9. However, one or two external connection ports can also be arranged above the inlets 22-25. In that case, it is preferable that the external connection port is directed in the lateral direction of the cylinder rather than the illustrated state. In this case, the external connection ports can be arranged so that each branch 11, 11 ′ is directed substantially in the lateral direction of the cylinder and reaches each connection port 8, 8 ′.
[0029]
From the above, it is presumed that a preferable flow from the external connection port 7 to the connection port 8 and the scavenging port 9 and further into the scavenging duct 3 can be achieved. It is clear that the scavenging duct 3 leading to the scavenging port 9 extends in a substantially tangential direction with respect to the cylinder and that the same is very effective for the first part of the branch 11 starting from the connection port 8. Thereby, when the air passes from the branch 11 through the piston recess 10 into the scavenging duct 3, a slight change in the flow direction occurs.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of an engine according to the present invention, in which a cylinder at a top dead center is shown in cross section together with a part of a piston, and a scavenging duct is completely or partially filled with air. is there.
FIG. 2 is a more detailed enlarged view than FIG. 1 and relates to a second embodiment of the present invention having an open scavenging duct.
FIG. 3 is a more detailed enlarged view than FIG. 1 with respect to a third embodiment of the present invention having an intake direction scavenging duct and configured so that a recess in the cylinder wall cooperates with a recess in the piston; It is a figure of the state with which the scavenging duct was satisfy | filled with air.
4 is a more detailed enlarged view than FIG. 1 and is a view of the same type of scavenging duct as in FIG. 3, but with no air supplied. FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of a more detailed view than FIG. 1, but of a type of scavenging duct that is arranged directly above the engine inlet port for use alone.

Claims

An upper part of at least two scavenging ducts (3, 3 ') having at least one cylinder (15) and an exhaust direction scavenging port (9, 9') arranged close to the exhaust port (19) of said cylinder; At least one air passage disposed between the air inlets (2), wherein at least one intake direction scavenging port (14, 14 '; 27, 27') is close to the inlet port (33) of said cylinder At least one scavenging duct (5, 5 '; 28, 28') or the like, and the air passage and the scavenging duct are often the scavenging duct (3, 3 '). Since the scavenging ducts (3, 3 ') are configured to be able to send and hold air, the crank chamber scavenging substantially does not scavenge air other than during the subsequent scavenging process. In two-stroke internal combustion engine (1),
The air passage consists of an air inlet (2) with a throttle valve (4) controlled by at least one engine parameter, such as carburetor throttle control, for example, and one or more intake direction scavenging ports (14 , 14 '; 27, 27') are configured to start scavenging the mixture (29) later than the exhaust direction scavenging port (9, 9 ') starts air scavenging ;
The air inlet extends via at least one connection duct (6, 6 ') to at least one connection port (8, 8') of the cylinder wall (12) of the engine. 8 ') is formed so as to communicate with the flow path (10, 10') formed in the piston (13) with respect to the position of the piston at the top dead center. , 9 ') and a plurality of scavenging ducts (3, 3') communicating with each other through a crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1).

The upper edge of each intake direction scavenging port (14, 14 '; 27, 27') is lower in the axial direction, i.e. the crank, than the corresponding upper edge of the other scavenging port (9, 9 '). Crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to claim 1, characterized in that it is arranged closer to the chamber.

The upper part of each of the scavenging ducts (5, 5 '; 28, 28') with intake direction scavenging ports (14, 14 '; 27, 27') is connected to the air inlet (2), It is configured to send an amount of air that is lost during the scavenging process earlier than the air in the exhaust direction scavenging port (9, 9 '), the intake direction scavenging port being mixed during the scavenging process The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to claim 1 or 2, wherein scavenging of air is started.

The flow path (10, 10 ') communicates with a plurality of scavenging ducts (5, 5'; 28, 28 ') via an intake direction scavenging port (14, 14'; 27, 27 '). The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to claim 3 , characterized in that:

When the piston is located at top dead center, the upper edge of each of the flow path (10, 10 ') or the recess (10, 10') of the piston and the intake direction scavenging port (14, 14 '; 27, 27). The axial distance between each lower edge of ′) is the upper edge of each flow path (10, 10 ′) or recess (10, 10 ′) and the exhaust direction scavenging port (9, 9 ′). Each of the intake direction scavenging ports will later communicate with the air inlet (2) when the piston is moving toward top dead center. The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to claim 4 , wherein

At least one intake direction scavenging port (27, 27 ') having a scavenging duct (28, 28') is formed in the shape of a recess (27, 28, 27 ', 28') in the wall of the cylinder (15). And the recess cooperates with the opening (30, 30 ') of the piston during the scavenging process to allow scavenging gas to pass through the piston through the opening and the recess. The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to any one of claims 1 to 5 .

When the piston is located at the top dead center, the piston is prevented from leaking from the recesses (27, 28, 27 ', 28') of the wall of the cylinder (15). The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it covers the whole of 27 ', 28' ).

Each of the connection ports (8, 8 ') and exhaust direction scavenging ports (9, 9') of the cylinder move laterally with respect to each other along the outer circumference of the cylinder wall (12), and the exhaust direction scavenging The duct (3, 3 ') extends in a substantially lateral direction of the cylinder, away from each of the scavenging ports (9, 9'). Crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1).

9. Each connection branch (11, 11 ') extending respectively to each connection port (8, 8') is directed laterally of the cylinder or slightly upward from the lateral direction. Crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1).

For the time that the recesses (10, 10 ') of the piston facing each of the exhaust direction scavenging ports (9, 9') can be calculated as the crank angle, the air supply is more than the air supply time for the air inlet. The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9, wherein the flow path is formed so that the time is substantially equal or longer. 1).

The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine according to any one of claims 1 to 10, wherein the air supply time is longer than 90% and shorter than 100% of the air supply time related to the air inlet. (1).

The axial height of the piston recesses (10, 10 ') partially facing each of the exhaust direction scavenging ports (9, 9') is the height of each scavenging port (9, 9 '). Crank chamber scavenging two-stroke internal combustion engine (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that it is greater than 1.5 times, preferably greater than 2 times .

The upper edge of each connection port (8, 8 ') is located at the same height or higher in the axial direction of the cylinder relative to the lower edge of each exhaust direction scavenging port (9, 9'). The crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to any one of claims 1 to 12, characterized in that:

At least one duct having a check valve extends from the air inlet (2) to an upper portion of at least one scavenging duct (5, 5 ') having an intake direction scavenging port (14, 14') And the check valve is configured to provide a more restricted air flow than the check valve of a scavenging duct located near the exhaust port (19) of the cylinder. A crank chamber scavenging type two-stroke internal combustion engine (1) according to claim 3 .